Реферат по предмету "Математика"


Межа послідовності. Теорема Штольца

Курсова робота
Межапослідовності. Теорема Штольца

Зміст
Введення
1.Межа послідовності
2.Властивості збіжних послідовностей
3.Приклади знаходження межпослідовності
4.Теорема «Штольца»
5.Приклади на застосування теоремиШтольца
Висновок
Список літератури

Введення
Одним з основнихрозділів курсу математичного аналізу є розділ, що вивчає теорію межіпослідовності й межі функції. Дана теорія є значимою для вивчення багатьохінших розділів математичного аналізу, а також інших дисциплін математики.
Метою даноїкурсової роботи є доказ теореми Штольца. У роботі докладно розглянуті наступніаспекти: поняття межі послідовності, характерні приклади обчислення межпослідовності з докладним розбором рішення, теорема Штольца й приклади їїзастосування.
Тема даної курсовоїроботи «Межа послідовності. Теорема Штольца». Для того щоб поглибитися увивчення даного питання, для початку, згадаємо деякі визначення, твердження йтеореми з початкового вивчення математичного аналізу, впритул дотичні основнийпроблеми порушеної в курсовій роботі.
У фізику й вінших науках про природу зустрічалася множина різних величин: час,довжина, об'єм, вага й т.п. Кожна з них, залежно від обставин, то приймаларізні значення, те лише одне.
У математику,однак, ми відволікаємося від фізичного змісту розглянутої величини, цікавлячисьлише числом, яким вона виражається фізичний зміст величини, знову здобуваєважливість, лише, коли займаються додатками математики. Таким чином, для насзмінна величина (або коротше – змінна) є відверненою або числовою змінною. Їїпозначають яким-небудь символом (буквою, наприклад, х), якому приписуютьчислові значення.
Змінна вважається заданої, якщо вказанамножина Х={х} Постійну величину (коротше – постійну) зручнорозглядати як окремий випадок змінної; він відповідає припущенню, що множина Х={х}складається з одного елемента.
Перейдемо довстановлення поняття числової послідовності.
Визначення: якщокожному n є N, поставлено у відповідність xn є N, теговорять, що
/> (1)
утворять числовупослідовність.
/> – члени послідовності
/> – загальний членпослідовності
Уведеневизначення має на увазі, що будь-яка числова послідовність повинна бутинескінченна, але не означає, що всі члени повинні бути різні числа.
Числовапослідовність уважається заданої, якщо зазначено закон, по якому можназнайти будь-який член послідовності.
Члени абоелементи послідовності (1) занумеровані всіма натуральними числами впорядку зростання номерів. При n+1 > n-1 член />треба за членом />(/>передує />), незалежно від того,чи буде саме число />більше, менше або навіть дорівнюєчислу />.
Визначення:Змінну x, що приймає деяку послідовність (1) значень, ми – випливаючиМере (Ch. Meray) – будемо називати варіантою.
У шкільному курсіматематики можна зустріти змінні саме такого типу, типу варіанти.
Наприклад,послідовність виду
/>
(арифметична) абовиду
/>
(геометричнапрогресія)
Змінний член тієїабо іншої прогресії є варіанта.
У зв'язку звизначенням довжини окружності звичайно розглядається периметр правильноговписаного в окружність багатокутника, одержуваного із шестикутника послідовнимподвоєнням числа сторін. Таким чином, ця варіанта приймає послідовністьзначень:
/>
/>
Згадаємо ще продесяткове наближення (по недоліку) до />, із всі зростаючою точністю. Воноприймає послідовність значень:
/>
і такожпредставляє варіанту.
Змінну x, щопробігає послідовність (1), часто позначають через />, ототожнюючи її зі змінним(«загальним») членом цієї послідовності.
Іноді варіанта xпзадається тим, що вказує безпосередньо вираження для xп; так, увипадку арифметичної або геометричної прогресії маємо, відповідно, xп=а+(n-1) d або xп =aqn-1. Користуючись цим вираженням,можна відразу обчислювати будь-яке значення варіанти по заданому його номері,не обчислюючи попередніх значень.
Для периметраправильного вписаного багатокутника таке загальне вираження можливо лише, якщоввести число π; взагалі периметр рm правильного вписаногоm-косинця дається формулою
/>

1.Межапослідовності
Визначення 1:Числова послідовність {хп} називається обмеженої зверху (знизу),якщо існує таке число М (т), що для будь-якого елемента цієїпослідовності має місце нерівність />, при цьому число М (т) називають верхньою (нижньої) гранню.
Визначення 2: Числова послідовність {хп} називається обмеженої,якщо вона обмежена й зверху, і знизу, тобто існують М, т, що для будь-якого />
Позначимо А = max {|M|, |m|}, тоді очевидно, щочислова послідовність буде обмежена, якщо для кожного /> виконується рівність |xn|≤А,остання нерівність є умова обмеженості числової послідовності.
Визначення 3: числова послідовність /> називається нескінченновеликою послідовністю, якщо для будь-якого А>0, можна вказати такийномер N, що для всіх n>N виконується |/> |>A.
/>
Визначення 4: числова послідовність {αn}називається нескінченно малою послідовністю, якщо для кожного напередзаданого ε > 0, можна вказати такий номер N(ε), що для будь-якогоn > N(ε) буде виконуватися нерівність | αn |
/>
Визначення 5:числова послідовність {хп} називається збіжної, якщо існуєтаке число а, що послідовність {хп – а} є нескінченно малоюпослідовністю. При цьому саме а – межа вихідної числової послідовності.
Із цьоговизначення треба, що все безконечно малі послідовності є збіжними й межу цихпослідовностей = 0.
У зв'язку з тим,що поняття збіжної послідовності вв'язано з поняттям нескінченно малоїпослідовності, то визначення збіжної послідовності можна дати в іншій формі:
Визначення 6:числова послідовність {хп} називається збіжної до числа а,якщо для будь-якого як завгодно малого /> найдеться такий />, що для всіх n > N виконуєтьсянерівність />
 
/>/> при />,
/>
 
а — межапослідовності
Так як />рівносильне />, а це означає приналежність інтервалу хnє (a – ε; a+ ?) або, що т же саме, належить? — околиці крапки а. Тоді миможемо дати ще одне визначення збіжної числової послідовності.
Визначення 7:числова послідовність {хп} називається збіжної, якщо існуєтака крапка а, що в будь-який досить малої ε — околиці цієї крапкиперебуває як завгодно елементів цієї послідовності, починаючи з деякого номераN.
Зауваження:відповідно до визначень (5) і (6), якщо а – межа послідовності {хп},те xп – а є елементом нескінченно малої послідовності, тобто xп– а = αn, де αn – елемент нескінченно малоїпослідовності. Отже, xп = а +αn, і тоді ми в правізатверджувати, що якщо числова послідовність {хп} сходиться, то їїзавжди можна представити у вигляді суми своєї межі й елемента нескінченно малоїпослідовності.
Вірно й зворотнетвердження: якщо будь-який елемент послідовності {хп} можнапредставити у вигляді суми постійного числа й елемента нескінченно малоїпослідовності, те це постійна і є межа даної послідовності.
2.Властивостізбіжних послідовностей
 
Теорема 1:
Усяка збіжнапослідовність має тільки одну межу.
Доказ:
Припустимо, щопослідовність {xn} має дві межі (а ≠ b)
xn →a, отже xn = a + αn, де αn елементнескінченно малої послідовності;
xn →b, отже xn = b + βn, де βn елементнескінченно малої послідовності;
Оцінимо різницюданих рівностей 0 = a – b + (αn — βn),
позначимо αn — βn = γn, γn – елементнескінченно малої послідовності,
отже, γn= b – a,
а це означає, щовсі елементи нескінченно малої послідовності рівні тому самому числу b — a, ітоді b — a = 0 по властивості нескінченно малої послідовності,
отже, b = a,
отже,послідовність не може мати двох різних меж.
Теорема 2:
Якщо всі елементипослідовності {xn} рівні З (постійної), то межа послідовності {xn},теж дорівнює С.
Доказ:
З визначеннямежі, треба, З = З + 0.
Теорема 3:
Якщопослідовності {xn} і {уn} сходяться, то й послідовність{xn + уn} також сходиться і її межа дорівнює сумі її щоскладаються (меж).
Доказ:
xn →a, отже xn = a + αn
уn →b, отже уn = b + βn
xn + уn= а + b + (αn + βn)
позначимо αn — βn = γn, отже xn + уn= а + b + γn, γn елемент нескінченно малоїпослідовності;
отже,
/>
Наслідок: різниця двох збіжних послідовностей єпослідовність збіжна, і її межа дорівнює різниці їхніх меж.
Теорема 4:
Якщопослідовності {xn} і {уn} сходяться, то й послідовність{xn * уn} також сходиться і її межа дорівнює добутку їїмножників (меж).
Доказ:
xn →a, отже xn = a + αn
уn →b, отже уn = b + βn
xn * уn= (а + αn)*(b + βn)=аb+(а βn +bαn + αn βn)
позначимо γn= а βn + bαn + αn βn,де γn елемент нескінченно малої послідовності, виходить
xn * уn= ab+ γn,
отже,
/>
 
Теорема 5:
Якщопослідовності {xn} і {уn} сходяться до чисел а й bвідповідно, і якщо b ≠ 0, межа частки /> існує,кінцевий і дорівнює частці меж.
Доказ:
Так як послідовність {уn} сходиться до b, те по визначенню збіжноїпослідовності, для будь-якого ε > 0, найдеться N(ε), такий що длявсіх n > N, буде виконаються нерівність |b – yn|
Тоді поклавши />, бачимо, що
/>,
звідки треба
/>
отже
/>.
Так як, відповідно до умови b ≠ 0, то з останньої нерівності треба, що для всіхn > N елементи послідовності {уn} не рівні 0, значить саме ізцього номера N можна визначити послідовність />
xn = a+ αn
уn = b+ βn, отже
/>

позначимо γn= αпb – aβn, γn елементнескінченно малої послідовності.
/>,
а тоді з останньої рівності, треба
/>,
звідки
/>
 
3.Прикладизнаходження меж послідовності
 
Числовапослідовність задана загальним членом xп, розглянемо його:
/>
/>
/>
/>
/>/>
при знаходженні такої межі говорять, що будеморозкривати невизначеність виду />.
/>признаходженні такої межі, говорять, що будемо розкривати невизначеність виду />.
Для розкриття невизначеності /> ділимо чисельник ізнаменник на найбільший ступінь n.
/>
/>
/>
Таким чином, має місце правило:
Межа відносини двох багаточленів дорівнюєнескінченності, якщо ступінь чисельника більше ступеня знаменника, нулю, якщоступінь чисельника менше ступеня знаменника й відношенню коефіцієнтів пристарших членах, якщо ступеня чисельника й знаменника рівні.
Для спрощення задачі знаходження межі послідовності,вищевказаного виду, ми вдаємося до допомоги теореми Штольца.

4.Теорема Штольца
Для визначеннямеж невизначених виражень />типу />часто буває корисна наступнатеорема, що належить Штольцу (O. Stolz).
Теорема: Нехайваріанта />, причому – хоча б починаючи здеякого місця – зі зростанням п і уп зростає: тобто уп+1> yn. Тоді
 
/>
 
якщо тількиіснує межа праворуч (кінцевий або навіть нескінченний).
Доказ: Допустимо спочатку, що ця межадорівнює кінцевому числу L:
/>
Тоді побудь-якому заданому />найдеться такий номер N, що для n> N буде
/>
або
/>.
Виходить, яке б n> N не взяти, всього дробу
/>
лежать між цимиграницями. Тому що знаменники їх, через зростання уп разом з номеромп, позитивні, то між тими ж границями втримується й дріб
/>
чисельник якої єсума всіх чисельників, написаних вище дробів, а знаменник — сума всіхзнаменників. Отже, при n > N
/>
запишемототожність
/>
звідки
/>.
Другий доданокправоруч, як ми бачили вище, при n > N стає .
Перший жедоданок, через те, що, також буде , скажемо, для n > N’.Якщо при цьому взяти N’ > N, то для n > N’ очевидно
/>,
що й доводитьнаше твердження.
Випадокнескінченної межі приводиться до вище розглянутого. Нехай, наприклад,
/>
Звідси,насамперед, випливає, що (для досить більших n)
/>
отже, разом з уnі />,причому варіанта хп зростає зі зростанням номера п. У такомувипадку, доведену теорему можна застосувати до зворотного відношення />:
/>
(тому що тут межавже кінцева), звідки й треба, що
/>,
що й булопотрібно довести.
 
5. Приклади назастосування теореми «Штольца»
1. Обчислити />
Установимо одну допоміжну нерівність (нерівність Як.Бернуллі):
якщо п — натуральне число, більше одиниці, і ?>1,те
/> (*)
Дійсно, поклавши? =1+?, де? > 0, по формуліБінома Ньютона будемо мати:
/>
тому що ненаписані члени позитивні, те
/>,
що рівносильне нерівності (*).
так само й у нашій задачі, поклавши а = 1+?, так що?> 0, маємо по формулі Бінома Ньютона
/>.

Тому що для n > 2, мабуть, />, те остаточно,
/>
При k = 1, одержуємо відразу
/>
так що
/>
Тому що цей результат вірний при будь-якому а > 1,те, взявши k > 1, можемо затверджувати (принаймні, для досить більших n)
/>
так що
/> (а> 1).
Доведений, таким чином, для k = 1, цей результат тимбільш буде вірний і для k
Цей результат за допомогою теореми Штольца виходитьвідразу
/>
2. Застосуємо теорему Штольца додоказу наступної цікавої пропозиції (Коші):
Якщо варіанта апмає межа (кінцева або нескінченний), то та ж межа має й варіанта
/>
(«середнєарифметичне» перших п значень варіанти ап).
Дійсно, думаючипо теоремі Штольца
/>
маємо:
/>
Наприклад, якщоми знаємо, що />, те й
/>
3. Розглянемо тепер варіанту(уважаючи до — натурального)
/>,

яка представляєневизначеність виду />.
Думаючи в теореміШтольца
/>
будемо мати
/>
АЛЕ           />
так що        />
використовуючинаступне твердження
/>
/>,
/>
Другий множниктут має кінцева межа />. Якщо ступеня багаточленів рівніk = l, то межа відносини багаточленів дорівнює межі відносини коефіцієнтів пристарших ступенях багаточленів.
Якщо k
Якщо         k> l, то розглянуте відношення прагне до />
у підсумку миодержуємо
/>

Висновок
 
У даній роботі мирозглянули теорему Штольца і її застосування на практиці. Розглянуті прикладипоказують, що дана теорема в достатній мері полегшує процес знаходження межневизначених виражень />, допомагаючи обчислити шукану межу, не прибігаючи до допоміжнихнерівностей.

Список літератури
1. Г.М. Фихтенгольц. Курс диференціального й інтегрального вирахування. – К.,2004
2. Б.П. Демидович. Збірник задач і вправ по математичному аналізі. — К., 2001
3. Л.Д.Кудрявцев. Курс математичного аналізу, т. 1. — К., 1998.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат В чем смысл бунта лирического героя поэмы Маяковского Облако в штанах
Реферат Нравственный идеал в произведениях Достоевского по роману Преступление и наказание
Реферат Разработка алгоритмического и программного обеспечения ситуационного управления безопасностью магистральных газопроводов
Реферат Religion 4 Essay Research Paper In order
Реферат Лекции - Микробиология (возбудители дифтерии и таберкулеза)
Реферат Почему мужчины не любят одновременно разговаривать и заниматься любовью
Реферат «О текущем моменте», № 9 (57), 2006 г. Будущее человечества: Диктатура совести либо тирания хозяев Библии?
Реферат Развитие самосознания студентов-психологов
Реферат Планирование тренировочных нагрузок по плаванию в современном пятиборье
Реферат «Развитие экономической мысли как процесс становления экономической науки»
Реферат Общие принципы, методы и средства интенсивной терапии
Реферат Особливості емоційних реакцій в ранньому юнацькому віці
Реферат Экзаменационные билеты по экономике переходного периода России
Реферат Аналіз можливих схем електрохімічних генераторів для автономних джерел електричної енергії
Реферат Josef Mengele Essay Research Paper THE ANGEL